导电聚合物固体电解质铝电解电容器简介.pptx
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1、导电导电(d(dodin)odin)聚合物固体电解质聚合物固体电解质铝电解电容器铝电解电容器深圳振华富电子(dinz)有限公司 谈 斌 2010振华富电子振华富电子第一页,共52页。目录(ml)1、铝电解电容器简介2、铝电解电容器的发展3、固体电解质铝电解电容器结构(jigu)及工艺4、固体电解质铝电解电容器优异特性5、固体电解质铝电解电容器的典型应用6、“振华富”产品系列及行业状况振华富电子振华富电子第二页,共52页。1、铝电解电容器简介(jin ji)1)什么是电容器?储存电荷的容器,由二块极板中间间隔介质层组成(z chn),三大无源器件之一(电容、电感、电阻),在电子设备中大量使用。振
2、华富电子振华富电子第三页,共52页。1、铝电解电容器简介(jin ji)2)电容器的作用?隔直流阻交流,电路中主要(zhyo)用作 1、滤波、旁路 2、储能:3、耦合:4、调谐等振华富电子振华富电子第四页,共52页。1、铝电解电容器简介(jin ji)3)电容器的分类(fn li)(按介质材料分)?振华富电子振华富电子电容器电容器电解电解(dinji)(dinji)电容器电容器有机介质电容器有机介质电容器无机介质电容器无机介质电容器纸质电容器纸质电容器薄膜电容器薄膜电容器陶瓷电容器陶瓷电容器云母电容器云母电容器铝电解电容器铝电解电容器钽电解电容器钽电解电容器铌电解电容器铌电解电容器第五页,共5
3、2页。1、铝电解电容器简介(jin ji)4)什么是电解电容?电解电容是指在铝、钽、铌、钛等阀金属表面采用阳极氧化法生成一层氧化物做为介质层,以电解质作为阴极而构成(guchng)的电容器。以液体铝电容器为列说明,如图:振华富电子振华富电子第六页,共52页。1、铝电解电容器简介(jin ji)电解电容器分类电解电容器分类按阀门金属种类分:按阀门金属种类分:铝电解电容器;钽电解电容器或铌电解电容器。铝电解电容器;钽电解电容器或铌电解电容器。按电解质状态分:按电解质状态分:液态电解电容器和固体电解质电容器。液态电解电容器和固体电解质电容器。按阳极呈现的状态分:箔式卷绕型电解电容器;烧结型电解电容器
4、。按阳极呈现的状态分:箔式卷绕型电解电容器;烧结型电解电容器。按正负极引出方式分:引线型;牛角型;焊片型;螺栓型;表面贴状型按正负极引出方式分:引线型;牛角型;焊片型;螺栓型;表面贴状型(V-CHIPV-CHIP)。)。按特性分:按特性分:通用型;宽温型;长寿命型;无极性型;低漏电流型;通用型;宽温型;长寿命型;无极性型;低漏电流型;低阻抗低阻抗(z(zkng)kng)型型(LOW ESR);(LOW ESR);高频特低阻抗高频特低阻抗(z(zkng)kng)型型;耐高纹波型。耐高纹波型。振华富电子振华富电子第七页,共52页。1、铝电解电容器简介(jin ji)现在市面上可见的电解电容器主要以
5、铝、钽电解电容为主。因电解电容单位容量大,额定容量可以做到非常大(几千微法甚至几法拉),占据电容器市场的半壁江山。其中铝电解电容器因价格便宜、性能(xngnng)优异,又占据了电解电容市场的80%以上,在大容量的应用领域具有其独特的优势。振华富电子振华富电子第八页,共52页。1、铝电解电容器简介(jin ji)振华富电子振华富电子目前通用型铝电解电容器主要为卷绕型铝容器 外形(wi xn)结构如下:径向引线(ynxin)型 牛角端子型(基板自立式)螺栓端子型 立式贴片型(V-CHIP)第九页,共52页。1、铝电解电容器简介(jin ji)内部结构,如下(rxi)图:阳极为铝金属箔,介质是用电化
6、学方法在阳极金属箔表面上形成的阀金属氧化膜AL2O3,阴极则为多孔性电解(dinji)纸所吸附的工作电解(dinji)质振华富电子振华富电子第十页,共52页。1、铝电解电容器简介(jin ji)1-1铝电解电容器的结构(jigu)特点:(1)、介质、介质(jizh)层层-阀金属氧化膜阀金属氧化膜AL2O3的单向导电特性,铝电解电容的单向导电特性,铝电解电容器有正负极之分。器有正负极之分。(2)、高的电场强度、高的电场强度(600Kv/mm):利用电化学方法,在腐蚀过的阳极铝箔:利用电化学方法,在腐蚀过的阳极铝箔表面上生成一层极薄的,约表面上生成一层极薄的,约0.01一一1 um的铝氧化膜作为电
7、容器的电介质的铝氧化膜作为电容器的电介质(jizh),它与铝箔阳极结合为一整体。,它与铝箔阳极结合为一整体。(3)、电解电容器的阴极是电解质。电解质根据其物理状态可分为液体电解、电解电容器的阴极是电解质。电解质根据其物理状态可分为液体电解质、固体电解质。为了使电容器的阴极与外电路相接,必须从结构上加一质、固体电解质。为了使电容器的阴极与外电路相接,必须从结构上加一阴极引出板(阴极箔)成为一完整的结构。阴极引出板(阴极箔)成为一完整的结构。振华富电子振华富电子第十一页,共52页。1、铝电解电容器简介(jin ji)1-2 铝电解电容器的主要参数:(1)额定电压(UR):电容器在额定温度范围内所允
8、许的连续工作(gngzu)最 大直流电压或脉冲电压的峰值;(2)浪涌电压(US):短时间内电容器可以承受的最大电压值;一般中低压产品,US=1.15 UR(3)电容量(uF)及误差(%):电容量表明电容器储存电荷的能力,容量误差是电容器实际容量偏离标称值的范围,一般为20%;同等规格的产品,电压越高,容量越低,大约电压提高一倍,容 量下降13倍,电压越高,降幅越大;振华富电子振华富电子第十二页,共52页。1、铝电解电容器简介(jin ji)1-2 铝电解电容器的主要参数解释:(4)漏电流(uA):额定电压(diny)施加在电容器(加保护电阻)上所测得的泄漏电流,表征电容器介质的绝缘性能;漏电流
9、与容量大小、施加电压(diny)高低、使用温度、测试时间等相关。小型铝电容的测试时间一般为2分钟,初始测试电流包括了位移电流、吸收电流、漏电流,位移电流与吸收电流会随时间迅速减小。所以铝电容在测试过程中可以看到漏电流随测试时间迅速减小,然后趋于稳定。振华富电子振华富电子第十三页,共52页。1、铝电解电容器简介(jin ji)1-2 铝电解电容器的主要参数解释:(5)损耗:用损耗角正切表示(biosh),是在规定频率的正弦电压下,电容器的损耗功率除以电容器的无功功率。电容器的损耗,在直流电压下主要为漏导损耗,在交流电压下主要为漏导损耗和介质极化损耗。电容器会因为消耗能量而发热。振华富电子振华富电
10、子第十四页,共52页。1-2铝电解电容器的主要参数解释(jish):(6)ESR(毫欧):即电容器的等效串联电阻ESR,如下图电容器的等效电路所示。ESR会影响到产品的功率损耗(snho)、高频特性、滤波效果等。电容器等效电路图振华富电子振华富电子第十五页,共52页。1-2铝电解电容器的主要参数解释(jish):(7)额定纹波电流(mA):在规定频率下最大允许交流电流的有效值,在该电流下电容器可在规定的上限温度(wnd)下连续工作。最大允许纹波电流决定于环境温度(wnd),电容表面积(散热区域),耗散因数tan (或者 ESR)以及交流频率。由于热应力对电容寿命有决定性作用,由纹波电流产生的热
11、量就是影响使用寿命的重要因数。(8)温度(wnd)范围:电容器设计所确定的能连续工作的环境温度(wnd)范围振华富电子振华富电子第十六页,共52页。2、铝电解电容器的发展(fzhn)传统的液体铝电解电容存在的问题:1)温度特性差,性能随温度波动大;2)ESR值大,高频滤波特性差等;3)电解质为离子传导,高频响应能力差;4)电解液在长时间的使用过程,会逐渐 干涸,限制长期使用寿命。5)液体电解质易受热膨胀,出现漏液或爆裂(boli)的现象(如右图)振华富电子振华富电子第十七页,共52页。2、铝电解电容器的发展(fzhn)要解决传统液态铝电解电容存在的问题,改变阴极材料及制取工艺是有效途径。用电导
12、率高的固态导电材料取代传统的电解液,极大地提高了电解电容器的性能(xngnng)及可靠性。固态电解电容具有高频低ESR(高纹波电流)、长寿命高可靠等优异特征,解决了传统产品电解液易干涸、漏液、爆裂等问题。振华富电子振华富电子第十八页,共52页。2、铝电解电容器的发展(fzhn)而固体(gt)铝电解电容器又经历了三代的发展,主要体现在固体(gt)电解质的改变(1)、1983年日本三洋电机开发出了有机半导体年日本三洋电机开发出了有机半导体TCNQ型固体铝电解电容型固体铝电解电容器,这是真正意义上的第一代固体铝电解电容器,商品名为器,这是真正意义上的第一代固体铝电解电容器,商品名为OS-Con型铝型
13、铝电解电容器。电解电容器。TCNQ的电导率约为的电导率约为1S/cm,远高于液体电解质(电导率,远高于液体电解质(电导率0.01S/cm数量级),因此数量级),因此OS-Con具有比液体铝电容器低得多的具有比液体铝电容器低得多的ESR,具有很好的,具有很好的高频特性。高频特性。TCNQ的热加工不好,只能在很窄的温度范围内保持短时间的熔融状态,的热加工不好,只能在很窄的温度范围内保持短时间的熔融状态,对于制造工艺有非常严格的要求。此外对于制造工艺有非常严格的要求。此外TCNQ的耐焊接热稳定性也不够好,的耐焊接热稳定性也不够好,这些都在一定这些都在一定(ydng)程度上限值了程度上限值了TCNQ型
14、电容器的发展。型电容器的发展。振华富电子振华富电子第十九页,共52页。2、铝电解电容器的发展(fzhn)而固体(gt)铝电解电容器又经历了三代的发展,主要体现在固体(gt)电解质的改变(2)、1989年,日本年,日本(r bn)Carlitor公司掌握了导电高分子材料聚吡咯公司掌握了导电高分子材料聚吡咯PPY的生产技术,随后日本的生产技术,随后日本(r bn)昭和公司将其应用于铝电解电容器,这昭和公司将其应用于铝电解电容器,这就是第二代的导电高分子型固体铝电解电容器(就是第二代的导电高分子型固体铝电解电容器(SP-CAP)。)。PPY的电导率可达的电导率可达10S/cm以上,因此以上,因此SP
15、-CAP比比OS-Con具有更低的具有更低的ESR,更好的频率特性,在很宽的温度范围内都可以保持很低的等效串联,更好的频率特性,在很宽的温度范围内都可以保持很低的等效串联电阻。电阻。聚吡咯聚吡咯PPY一般用来做叠层片式铝电解电容器。一般用来做叠层片式铝电解电容器。振华富电子振华富电子第二十页,共52页。2、铝电解电容器的发展(fzhn)而固体铝电解电容器又经历了三代(sn di)的发展,主要体现在固体电解质的改变(3)、1988年,德国拜尔公司开发出新一代导电高分子材料年,德国拜尔公司开发出新一代导电高分子材料PEDT(3,4-聚乙烯聚乙烯二氧噻吩),此后二氧噻吩),此后PEDT在铝电解电容器
16、中成功应用,标志着第三代固体在铝电解电容器中成功应用,标志着第三代固体(gt)铝铝电解电容器的诞生。电解电容器的诞生。PEDT具有更高的电导率(可达具有更高的电导率(可达100S/cm以上),且具有更佳以上),且具有更佳的化学稳定性及热稳定性。的化学稳定性及热稳定性。振华富电子振华富电子2005年以来,在年以来,在Intel等公司的推动下,固态电容器市场得到飞速发展。业等公司的推动下,固态电容器市场得到飞速发展。业界普遍认为界普遍认为PEDT型固体铝电解电容器是最具发展前景的铝电容器。型固体铝电解电容器是最具发展前景的铝电容器。第二十一页,共52页。3、固体电解质铝电解电容器结构(jigu)及
17、工艺 振华富电子振华富电子3.1 结构(jigu)类型:卷绕式,由正负电极箔、电解纸、导针、胶粒、铝壳、电解质构成。产品产品(chnpn)外形外形图:图:第二十二页,共52页。3、固体(gt)电解质铝电解电容器结构及工艺 光箔通过化学或电化学的方式,进行腐蚀,在表面形成许多微孔,使其有效面积(min j)极大扩大(几百到上万倍),因此单位面积(min j)具有极高的容量。振华富电子振华富电子3.2 正负电极箔高压(goy)阳极箔 放大率400倍 第二十三页,共52页。3、固体电解质铝电解电容器结构(jigu)及工艺 振华富电子振华富电子3.3 内部结构解剖图:内部结构解剖图:在铝箔微孔内形成附
18、着在铝箔微孔内形成附着(fzhu)(fzhu)的固体导电聚合物的固体导电聚合物(PEDTPEDT)。)。最新一代固体电解质即导电聚最新一代固体电解质即导电聚合物合物PEDTPEDT,在导电性、,在导电性、热稳定性、化热稳定性、化 学稳定性方面均学稳定性方面均有明显的优势,是目前可选有明显的优势,是目前可选 用用的综合性能最好的固体电解质的综合性能最好的固体电解质第二十四页,共52页。3、固体电解质铝电解电容器结构(jigu)及工艺振华富电子振华富电子3.4 3.4 基本基本(jbn)(jbn)工艺流程工艺流程固态电容流程工序目的液态电容流程工序目的裁切将铝箔或电解纸裁切成设计宽度裁切同刺铆卷绕
19、将导针铆接到铝箔上,并将铝箔与电解纸卷绕成芯子刺铆卷绕同点焊组架将芯子熔接在工艺条上,并组装在载架上无芯子预 形成修补铝箔切口边缘及加工过程中损伤的介质层无第二十五页,共52页。3、固体(gt)电解质铝电解电容器结构及工艺振华富电子振华富电子3.4 3.4 基本基本(jbn)(jbn)工艺流程工艺流程固态电容流程工序目的液态电容流程工序目的芯子热 处理使电解纸碳化,降低纸的损耗及提高对电解质的吸附力无聚合在芯子内部形成导电聚合物含浸吸附工作电解液装配将芯子放在铝壳内,并通过胶粒封口,保持芯子装配同清洗清洗外壳及导针油污等清洗同第二十六页,共52页。3、固体电解质铝电解电容器结构(jigu)及工
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